teoria caudal o gasto volumetrico

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Medida y evaluación de las extracciones de agua subterránea. ITGE
TEORÍA DE LA MEDICIÓN DE CAUDALES Y VOLÚMENES DE AGUA 
E INSTRUMENTAL NECESARIO DISPONIBLE EN EL MERCADO
Luis GARCÍA GUTIÉRREZ*
(*) Jefe Laboratorio de Agua. Centro Español de Metrología. C/del Alfar, 2
28760 TRES CANTOS (MADRID)
RESUMEN
La selección eficaz de un medidor de caudal exige un conocimiento práctico de la tecnología del 
medidor, además de un profundo conocimiento del proceso y del fluido que se quiere medir.
Cuando la medida del caudal se utiliza con el propósito de facturar un consumo, deberá ser 
lo más precisa posible, teniendo en cuenta el valor económico del fluido que pasa a través del 
medidor, y la legislación obligatoria aplicable en cada caso.
En este estudio se examinan los conceptos básicos de la medida de caudal y las características 
de los instrumentos de medida.
Entre los principales medidores que se estudian se citan, en primer lugar, los medidores de 
presión diferencial. Después se estudian los medidores con accionamiento mecánico, es decir, 
los medidores de desplazamiento positivo y los medidores de tipo turbina, para finalizar con los 
medidores de caudal de tipo electromagnético y los medidores de tipo ultrasónico.
Aunque los medidores de tipo másico no se abordan, ya que la ponencia trata de medidores de 
caudal de tipo volumétrico, en ocasiones es más importante conocer el caudal másico que el caudal 
volumétrico, principalmente en la industria química, donde es necesario conocer los caudales 
másicos con el fin de determinar balances energéticos en las plantas de proceso.
Se indican también las ventajas e inconvenientes de emplear uno u otro tipo de medidor de 
caudal, tanto técnica como económicamente.
Al final del estudio, se incluye una lista de referencias bibliográficas sobre los temas tratados.
Aunque se hace referencia a diferentes tipos de medidores de caudal, es obvio que no todos 
están contemplados en este estudio, dada la amplia variedad de los mismos.
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MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
Introducción
 La medida de caudal en conducciones cerradas, consiste en la determinación de la 
cantidad de masa o volumen que circula por la conducción por unidad de tiempo.
 Los instrumentos que llevan a cabo la medida de un caudal se denominan, habitualmente, 
caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, 
los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado 
por la conducción.
Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido 
de dos formas:
• directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o
• indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, 
etc.
Puesto que la medida de caudal volumétrico en la industria se realiza, generalmente, con 
instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer 
lugar los medidores de presión diferencial.
Esta clase de medidores presenta una reducción de la sección de paso del fluido, dando lugar 
a que el fluido aumente su velocidad, lo que origina un aumento de su energía cinética y, por 
consiguiente, su presión tiende a disminuir en una proporción equivalente, de acuerdo con el 
principio de la conservación de la energía, creando una diferencia de presión estática entre las 
secciones aguas arriba y aguas abajo del medidor.
Principales medidores de presión diferencial
Entre los principales tipos de medidores de presión diferencial se pueden destacar los 
siguientes:
placas de orificio,
toberas,
tubos Venturi,
tubos Pitot,
tubos Annubar,
codos,
medidores de área variable,
medidores de placa.
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Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son 
dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de orificio.
Las principales ventajas de dichos medidores son:
– su sencillez de construcción, no incluyendo partes móviles,
– su funcionamiento se comprende con facilidad,
– no son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se comparan con otros 
medidores,
– pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos, y 
– hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.
Sus principales desventajas son:
– la amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los otros tipos de 
medidores,
– pueden producir pérdidas de carga significativas, 
– la señal de salida no es lineal con el caudal, 
– deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del medidor que, 
según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes,
– pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión 
de las aristas vivas,
– la precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es 
habitual, el medidor se entrega sin calibrar.
Placas de orificio
La placa de orificio consiste en una placa perforada que se instala en la tubería.
El orificio de la placa, como se muestra en la figura 1, puede ser: concéntrico, excéntrico 
y segmental. 
Con el fin de evitar arrastres de sólidos o gases que pueda llevar el fluido, la placa incorpora, 
normalmente, un pequeño orificio de purga.
Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan, según se muestra en la figura 2, se pueden 
destacar los siguientes: de cantos vivos, de cuarto de círculo y de entrada cónica.
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Fig. 1. Tipos de orificio.
El más utilizado es el de cantos vivos, aunque también se usan las placas de cuarto de círculo y 
las de entrada cónica, especialmente cuando el fluido es viscoso.
Fig. 2. Perfiles de orificios.
Para captar la presión diferencial que origina la placa de orificio, es necesario conectar dos 
tomas, una en la parte anterior y otra en la parte posterior de la placa. La disposición de 
las tomas, según se muestra en la figura 3, puede ser: en las bridas, en la vena contraída, 
y en la tubería. 
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Fig. 3. Tomas de presión alternativas.
Las tomas en la brida se usan para tamaños de tubería de 2 in (50,8 mm) o superiores. 
En el caso de las tomas en la vena contraída, la toma antes de la placa se sitúa a 1 in (25,4 
mm) de distancia de la placa, mientras que la toma posterior se debe situar en el punto de mínima 
presión, donde la vena alcanza su diámetro más pequeño.
Las tomas en la tubería se sitúan a 2 1/
2
 y 8 diámetros de tubería respectivamente, antes y 
después de la placa de orificio.
Toberas
La tobera presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico, siendo el 
coeficiente de descarga similar al del tubo Venturi. Sin embargo, la caída de presión es del mismo 
orden que en la placa de orificio, para el mismo caudal y con el mismo tamaño de tubería.
En la figura 4 se muestran dos tipos de toberas normalizadas. Con este tipo de tobera se utilizan, 
normalmente, tomas de presión en ángulo, tal como se indica en la figura. 
Fig. 4. Tobera ISA 1932.
Tubos Venturi
En la figura 5 se muestra el perfil de un tubo Venturi clásico, donde se puede apreciar la 
disposición de las tomas de presión para determinar la presión diferencial.
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Fig. 5. Tubo Venturi.
Como se aprecia en la figura se pueden destacar tres partes fundamentales: a) una sección de 
entrada cónica convergente en la que la sección transversal disminuye, lo que se traduce en un 
aumento de la velocidad del fluido y una disminución de la presión; b) una sección cilíndrica en 
la que se sitúa la toma de baja presión, y donde la velocidad del fluido se mantieneprácticamente 
constante, y c) una tercera sección de salida cónica divergente en la que la sección transversal 
aumenta, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión. La incorporación de esta sección 
de salida permite una recuperación de la mayor parte de la presión diferencial producida y, por 
tanto, un ahorro de energía.
Con el fin de reducir las pérdidas de carga causadas por una tobera, puede acoplarse a 
continuación de la tobera una sección divergente similar a la utilizada para un tubo Venturi, 
resultando una combinación que se denomina Venturi-tobera, como se muestra en la figura 6, 
donde pueden apreciarse las tomas de presión. 
Fig. 6. Combinación Venturi-tobera.
En la figura 7 se muestra una comparación entre varios elementos de presión diferencial con 
respecto a la recuperación de la presión.
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Fig. 7. Comparación entre diferentes dispositivos de presión
diferencial con respecto a la recuperación de la presión.
Las principales limitaciones de los tubos Venturi son su elevado coste y la longitud necesaria 
para su instalación, sobre todo para grandes tamaños de tubería. Sin embargo, debido a su baja 
pérdida de carga, son justificados en casos donde tienen que bombearse grandes cantidades de 
líquido de forma continua. Cuando la pérdida de carga no es importante, suele prescindirse del 
tubo Venturi y sustituirse por una placa de orificio debido a su menor coste y mayor facilidad 
de instalación y mantenimiento.
Tubo Pitot
El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y también 
conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. En la figura 8 se muestra, en 
su forma más sencilla, un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la 
corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto 
de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un 
aumento de presión dentro del tubo de Pitot.
Fig. 8. Tubo Pitot en su forma más sencilla.
En la práctica se emplea un diseño, como se muestra en la figura 9, con dos tubos concéntricos, 
el interior que actúa de tubo de Pitot y el exterior como un medio de medir la presión estática.
Fig. 9. Tubo de Pitot clásico.
Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen 
de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque 
su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de 
una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, 
con cualquier fluido.
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Probablemente la principal desventaja sea su dificultad para medir bajas velocidades del aire. 
Para líquidos quizás el principal problema sea la rotura de la sonda.
Tubo Annubar
El tubo Annubar es una innovación del tubo de Pitot. En la figura 10 se muestra un tubo 
Annubar clásico, donde se aprecia un tubo exterior, situado a lo largo de un diámetro transversal de 
la tubería, y dos tubos interiores. El tubo exterior presenta cuatro orificios en la cara aguas arriba 
de la corriente, que se utilizan para interpolar los perfiles de velocidad y realizar un promedio, y 
otro orificio en el centro del tubo pero en la cara aguas abajo de la corriente.
Fig. 10. Tubo Annubar.
De los dos tubos que están en su interior, uno sirve para promediar las presiones obtenidas en 
los cuatro orificios, midiendo la presión total, mientras que el otro tubo, que se encuentra en la 
parte posterior, mide la presión estática en el orificio central aguas abajo de la corriente.
Existen diferentes tipos de tubos Annubar, cuya selección depende del tamaño de la línea 
y su aplicación.
El tubo Annubar tiene mayor precisión que el tubo de Pitot, así como una baja pérdida de carga, 
utilizándose para la medida de pequeños y grandes caudales de fluidos.
Codos
Cuando un fluido circula por el codo de una tubería, está sujeto a una aceleración angular. 
La fuerza centrífuga resultante crea una presión diferencial entre el radio interior y el radio 
exterior. La raíz cuadrada de esta presión diferencial es proporcional al caudal, siendo la base 
fundamental de estos medidores de caudal.
En la figura 11 se muestra un codo con las tomas de alta y baja presión.
Fig. 11. Tomas de presión en un codo.
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Las tomas en el codo presentan la ventaja de que como la mayoría de las configuraciones de 
tuberías tienen codos, pueden situarse en ellos las tomas de presión. Esto permite una instalación 
económica, sin pérdidas de presión, y sin introducir obstrucciones en la línea. Debe ponerse 
especial cuidado para alinear los orificios de las tomas de presión en ambos planos.
Si el codo esta calibrado, su precisión puede ser comparable a la de una placa de orificio.
Medidores de área variable
Los medidores de área variable funcionan sobre la base de mantener una presión diferencial 
constante, permitiendo aumentar el área eficaz de flujo con el caudal.
Existen varios tipos de medidores de orificio variable, pero el más utilizado es el que está 
formado por un tubo cónico de eje vertical y un flotador. Como se muestra en la figura 12, el fluido 
circula en sentido ascendente por el tubo desplazando un flotador que, habitualmente, lleva unas 
ranuras que dan lugar a que el flotador gire, proporcionándole la estabilidad y efecto de centrado 
necesario. Esta rotación es la que ha dado origen al nombre de rotámetro.
Fig. 12. Rotámetro de tubo de vidrio cónico y flotador.
Cuando no hay flujo el flotador descansa en la parte baja del tubo, pero al pasar el fluido hace 
ascender el flotador de su posición de reposo, a fin de mantener la caída de presión a través del 
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flotador en equilibrio con los efectos de empuje hidrostático y gravitatorio que actúan sobre el 
mismo. Puesto que el peso del flotador sumergido es una constante para un fluido dado, la caída 
de presión también tiene que permanecer constante. Por consiguiente, cuando el caudal aumenta 
el flotador ascenderá en el tubo con el fin de proporcionar una sección anular de paso mayor, para 
que el fluido pueda pasar a través de ella. 
La altura que alcanza el flotador es así una indicación del caudal que está pasando y, en el caso 
de tratarse de un tubo transparente, puede graduarse directamente sobre el tubo en unidades de 
caudal. Cuando las condiciones de trabajo son más severas, el tubo se fabrica de metal.
La precisión que puede conseguirse con los medidores de área variable no suele ser mejor 
que ± 2% de desviación a plena escala, por lo que no son aconsejables cuando se requiere 
una elevada precisión.
Medidores de placa
El principio de funcionamiento del medidor de placa de resistencia al avance de la corriente 
se muestra en la figura 13.
Fig. 13. Medidor de placa.
Una placa circular se mantiene en el centro de la tubería por medio de una barra normal al 
flujo. Teniendo en cuenta que la aceleración del fluido en el espacio anular entre la placa y la 
tubería crea una presión reducida sobre la cara aguas abajo de la placa, la fuerza ejercida por 
el fluido sobre la placa será la diferencia entre las presiones sobre las superficies aguas arriba y 
aguas abajo de la placa, la cual tiende a mover la placa en la dirección del flujo. A esta fuerza 
se opone un par antagonista producido por la articulación, y el movimiento es detectado por un 
elemento secundario, es decir, un transmisor neumático de equilibrio de fuerzas o un transductor 
eléctrico de galgas extensométricas, situado al final de la barra soporte. La señal del dispositivo 
de equilibrio de fuerzas es proporcional a la fuerzasobre la placa, y por tanto proporcional 
al cuadrado del caudal.
Presenta la ventaja de no precisar conexiones para la medida de la presión diferencial, pero 
debido a la fuerza que tiene que soportar el sistema de equilibrio de fuerzas, está limitada a 
tamaños de tubería hasta 100 mm.
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MEDIDORES CON ACCIONAMIENTO MECÁNICO
Introducción
En este capítulo se incluirán los medidores con accionamiento mecánico, habitualmente de 
tipo rotativo, que miden el volumen total o el caudal volumétrico de un fluido circulando 
por una tubería.
Medidores de desplazamiento positivo
Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido que circula por un 
conducto, dividiendo el flujo en volúmenes separados y sumando los volúmenes que pasan a 
través del medidor.
En cada medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:
– cámara, que se encuentra llena de fluido,
– desplazador, que, bajo la acción del fluido circulando, transfiere el fluido desde el final 
de una cámara a la siguiente, y
– mecanismo (indicador o registrador), conectado al desplazador, que cuenta el número de 
veces que el desplazador se mueve de una parte a otra en la cámara de trabajo.
Un problema importante que se debe tener en cuenta al fabricar un medidor de desplazamiento 
positivo es conseguir una buena estanqueidad de las partes móviles, evitando un par de rozamiento 
inaceptable y que la cantidad de líquido de escape a través del medidor sea moderada. Por esta 
razón, es necesario calibrar el medidor de desplazamiento a varios caudales, dentro del margen de 
utilización, con un fluido de viscosidad conocida.
Medidores de desplazamiento positivo para líquidos
En principio, los medidores de desplazamiento positivo para gases deberían ser similares a los 
utilizados para líquidos, sin embargo, en la práctica hay una diferencia importante. La energía 
de un fluido en movimiento es proporcional a su densidad, lo que significa que un gas no puede 
suministrar con facilidad la energía suficiente para hacer funcionar un medidor con una mecánica 
compleja. Por consiguiente, los medidores de desplazamiento positivo para gases tienen que tener 
una baja resistencia a la fricción.
No obstante, en este estudio solo trataremos de los medidores de desplazamiento positivo 
para líquidos.
Dentro de los diferentes tipos de medidores para líquidos se considerarán los siguientes: 
– medidores de tipo pistón,
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– medidores de paletas deslizantes, y
– medidores de engranajes.
Los medidores de tipo pistón se utilizan, habitualmente, para medidas precisas de pequeños 
caudales, siendo una de sus aplicaciones en unidades de bombeo de distribución de petróleo. Los 
medidores de paletas deslizantes se usan para medir líquidos de elevado coste, siendo instalados, 
generalmente, en camiones cisternas para la distribución de combustible para la calefacción. Los 
medidores de engranajes encuentran aplicaciones para un amplio margen de líquidos y condiciones 
de funcionamiento, aunque la precisión de la medida no es tan elevada.
Medidor de pistón oscilante
En la figura 14 se aprecia una sección transversal de un medidor de pistón oscilante mostrando 
las cuatro etapas de su ciclo de funcionamiento.
Fig. 14. Etapas de funcionamiento de un medidor de pistón oscilante.
Consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro de un cilindro. El cilindro y el 
pistón tienen la misma longitud, pero el pistón, como se aprecia en la figura, tiene un diámetro 
más pequeño que el cilindro. El pistón, cuando está en funcionamiento, oscila alrededor de un 
puente divisor, que separa la entrada de la salida de líquido. Al comienzo de un ciclo el líquido 
entra al medidor a través de la puerta de entrada A, en la posición 1, forzando al pistón a moverse 
alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la figura, hasta que el líquido delante del pistón 
es forzado a salir a través de la puerta de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo 
listo para comenzar otro ciclo.
Medidores de paletas deslizantes
En la figura 15 se muestra un medidor de paletas deslizantes, que consta de un rotor con 
unas paletas, dispuestas en parejas opuestas, que se pueden deslizar libremente hacia adentro y 
hacia afuera de su alojamiento. Los miembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente 
mediante varillas, y el fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el 
giro del rotor.
Mediante esta rotación el líquido se transfiere desde la entrada a la salida a través del espacio 
entre las paletas. Como éste es el único camino para el paso del líquido desde la entrada a la 
salida, contando el número de revoluciones del rotor, puede determinarse la cantidad de líquido 
que ha pasado. El cierre se lleva a cabo por la acción de las paletas sobre la pared de la cámara, 
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mediante una combinación de presión de líquido y fuerzas centrífugas, auxiliado por el apriete, 
mediante resortes, de las paletas contra la pared de la cámara. Esto ayuda a mantener en valores 
aceptables cualquier escape de líquido que pueda producirse a través de las paletas.
Fig. 15. Medidor de paletas deslizantes.
Medidores de engranajes
Entre los más importantes medidores de engranajes se pueden destacar los siguientes:
– medidores de rueda oval, y
– medidores helicoidales.
Medidores de rueda oval
El medidor de rueda oval, que se muestra en la figura 16, dispone de dos ruedas ovales que 
engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el 
flujo de líquido. La acción del líquido actúa de forma alternativa sobre cada una de las ruedas, 
dando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante. Tanto la cámara de medida como 
las ruedas están mecanizadas con gran precisión, con el fin de conseguir que el deslizamiento 
entre ellas se produzca con el mínimo rozamiento, sin que se formen bolsas o espacios muertos y 
desplazando la misma cantidad de líquido en cada rotación.
Fig. 16. Medidor de rueda oval.
La principal ventaja de estos medidores es que la medida realizada es prácticamente 
independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido.
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Medidores helicoidales
En la figura 17 se muestra un medidor de tipo helicoidal, cuyo funcionamiento es similar al de 
la rueda oval, por lo que no merece más detalles. 
Fig. 17. Medidor de engranajes helicoidales.
Características de comportamiento de los medidores de desplazamiento positivo
Como todos los dispositivos mecánicos complicados, los medidores de desplazamiento 
presentan resistencia a la fricción, la cual tiene que ser vencida por el fluido circulando. Para 
caudales muy bajos, el fluido no tiene energía cinética suficiente para hacer girar el rotor frente a 
esta fricción, que además incluye, en la mayoría de los medidores de desplazamiento, la resistencia 
ofrecida por el mecanismo articulado del contador, por lo que el fluido se desliza lentamente 
entre los componentes del medidor y la cámara, sin producir movimiento del rotor o pistón. El 
error del medidor, E, se define como,
 Q
Indicado
 – Q
real
E = –––––––––––––––– 100%
 Q
real
de forma que, para estos caudales bajos, el error es grande y negativo.
Sin embargo, cuando el caudal aumenta este error negativo desaparece rápidamente, ya que 
la energía cinética del fluido aumenta con el cuadrado de su velocidad. Una condición cercana 
al equilibrio se alcanza cuando la fuerza directriz del fluido se equilibra por las diversas fuerzas 
de resistencia, y esto se mantiene para el margen de funcionamiento para un medidor bien 
diseñado.
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La figura 18 presenta una curva de comportamiento para un medidor de paletas deslizantes.
Fig. 18. Curva de comportamiento de un medidor de paletas deslizantes.
Medidores de turbina
Los medidores para gas y para líquido funcionan bajo el mismo principio. La figura 19 muestra 
la sección transversal de un medidor de turbina típico para líquidos. Consta de una longitud de 
tubería en el centro de la cual hay un rotor de paletas múltiple, montado sobre cojinetes, para que 
pueda girar con facilidad, y soportado aguas arriba y aguas abajo por un dispositivo de centrado 
tipo cruceta que, habitualmente, incorpora un enderezador de la vena fluida. La energía cinética 
del fluido circulando hace girar el rotor con una velocidad angular que, en el margen lineal 
del medidor, es proporcional a la velocidad media axial del fluido y, por tanto, al caudal 
volumétrico.
Fig. 19. Sección transversal de un medidor de turbina para líquidos.
Una teoría sencilla sobre el funcionamiento de los medidores de turbina puede comprenderse 
mediante la figura 20, que muestra un diagrama simplificado de la velocidad para una paleta 
de un medidor ideal.
Fig. 20. Diagrama simplificado de la velocidad para un medidor de turbina ideal.
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Los medidores de turbina para gas o líquido difieren fundamentalmente en el diseño del 
rotor.
Una salida mediante impulsos eléctricos se produce cuando se detecta el paso de cada paleta 
alrededor de uno o más sensores situados en el campo del medidor.
El punto más débil en un medidor de turbina para líquidos son los cojinetes, ya que tienen 
que soportar el peso del rotor. 
Características de comportamiento
Para predecir la característica de comportamiento de un medidor de turbina es necesario que 
sea calibrado, de modo que la relación entre el número de impulsos emitidos y el volumen de 
fluido que ha pasado pueda determinarse experimentalmente. Esto da como resultado una curva 
de calibración de la forma mostrada en la figura 21.
Fig. 21. Curva de comportamiento de un medidor de turbina para líquidos.
Se puede estimar que en el margen entre los puntos A y B el medidor de turbina tiene 
una salida lineal y el volumen de líquido que pasa a través del medidor es casi proporcional 
al número de impulsos recibidos, dejando de ser preciso para caudales inferiores al punto A 
y superiores al B.
OTROS MEDIDORES VOLUMÉTRICOS
Medidores de caudal electromagnéticos
El medidor de caudal electromagnético utiliza el mismo principio básico que el electrogenera-
dor, es decir, cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético se genera una fuerza 
electromotriz en el conductor, siendo su magnitud directamente proporcional a la velocidad media 
del conductor en movimiento. Si el conductor es una sección de un líquido conductor circulando 
por un tubo aislado eléctricamente, a través de un campo magnético y se montan los electrodos 
diametralmente opuestos en la pared de la tubería, tal como se muestra en la figura 22, la fuerza 
electromotriz generada a través de los electrodos es directamente proporcional a la velocidad 
media del fluido. 
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Es importante señalar que la diferencia de potencial entre los electrodos es del orden de 
milivoltios, por lo que dicha señal tiene que ser amplificada mediante un dispositivo secundario 
denominado convertidor, que proporciona una señal de salida en miliamperios, en voltios o 
en impulsos.
Fig. 22 Elementos de un medidor electromagnético.
Puesto que los electrodos tienen que hacer un contacto con el fluido, su material tiene que 
ser compatible con las propiedades químicas del fluido que circula. Entre los materiales más 
utilizados se pueden citar los siguientes: acero inoxidable no magnético, platino/iridio, monel , 
hasteloy, titanio, y circonio para líquidos particularmente agresivos.
Entre las ventajas más fundamentales se pueden señalar las siguientes:
– No presentan obstrucciones al flujo, por lo que son adecuados para la medida de todo tipo 
de suspensiones, barros, melazas, etc.
– No dan lugar a pérdidas de carga, por lo que son adecuados para su instalación en grandes 
tuberías de suministro de agua, donde es esencial que la pérdida de carga sea pequeña.
– Se fabrican en una gama de tamaños superior a la de cualquier otro tipo de medidor.
– No son prácticamente afectados por variaciones en la densidad, viscosidad, presión 
temperatura y, dentro de ciertos límites, conductividad eléctrica.
– No son seriamente afectados por perturbaciones del flujo aguas arriba del medidor.
– La señal de salida es, habitualmente, lineal.
– Pueden utilizarse para la medida del caudal en cualquiera de las dos direcciones.
Entre las desventajas se pueden destacar las siguientes:
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– El líquido cuyo caudal se mide tiene que tener una razonable conductividad eléctrica. 
Para fines industriales el límite práctico es del orden de 10 &mho cm-1. Esto significa 
que los líquidos acuosos pueden manejarse adecuadamente, lo que no ocurre con líquidos 
orgánicos.
– La energía disipada por las bobinas da lugar al calentamiento local del tubo del medidor.
Medidores ultrasónicos 
Dos tipos de medidores ultrasónicos son utilizados, fundamentalmente, para la medida de caudal 
en circuitos cerrados. El primero (tiempo de tránsito o de propagación) utiliza la transmisión por 
impulsos, mientras que el segundo (efecto Doppler) usa la transmisión continua de ondas.
Medidores ultrasónicos por impulsos
Los medidores ultrasónicos modulados por impulsos son los más precisos y se utilizan, 
preferentemente, con líquidos limpios, aunque algunos tipos permiten medidas de líquidos con 
cierto contenido de partículas y gas. El método diferencial de medida por tiempo de tránsito, se 
basa en un sencillo hecho físico. Si imaginamos dos canoas atravesando un río sobre una misma 
línea diagonal, una en el sentido del flujo y la otra en contra del flujo, la canoa que se desplaza en 
el sentido del flujo necesitará menos tiempo en alcanzar su objetivo.
Las ondas ultrasonoras se comportan exactamente de la misma forma
Las ecuaciones básicas son las mismas para ambos métodos de diferencia de frecuencia y 
tiempo de propagación. Como se muestra en la figura 23, un impulso ultrasónico se emite 
diagonalmente a través de la tubería.
Fig. 23. Tiempo de desplazamiento del impulso.
Medidores ultrasónicos utilizando el efecto Doppler
El efecto Doppler puede entenderse fácilmente si se considera el cambio que se produce en la 
frecuencia cuando un tren se mueve hacia un observador con su bocina sonando. Cuando el tren 
se acerca, la bocina es percibida por el observador con una graduación de tono más alta, ya que 
la velocidad del tren da lugar a que las ondas sonoras sean más próximas que si el tren estuviera 
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parado. De igual manera, si el tren se aleja aumenta el espaciamiento, dando como resultado una 
graduación de tono o frecuencia más baja. Este aparente cambio en la frecuencia se denomina 
efecto Doppler y es directamente proporcional a la velocidad relativa entre el objeto móvil, 
el tren, y el observador.
Los medidores ultrasónicos de tipo Doppler utilizan el concepto de que si se deja pasar 
el ultrasonido en un fluido en movimiento con partículas, el sonido será reflejado de nuevo 
desde las partículas. La variación de frecuencia del sonido reflejado será proporcional a la 
velocidad de las partículas.
En la figura 24 se muestra un cabezal individual transmitiendo con una frecuencia F
T
 y un 
ángulo . El sonido tiene que realizar un recorrido a través del encapsulado, el adhesivo, la pared de 
la tubería y el fluido. En cada límite de separaciónel sonido es refractado.
Fig. 24. Cabezal individual transmisor/receptor.
Al igual que en el caso de los medidores magnéticos, los medidores de caudal por ultrasonidos 
no presentan obstrucciones al flujo, no dan lugar a pérdidas de carga, por lo que son adecuados 
para su instalación en grandes tuberías de suministro de agua, donde es esencial que la pérdida de 
carga sea pequeña. Los transductores son incorporados en el cuerpo del medidor, sin necesidad de 
juntas en contacto con el fluido. No se necesita tubería en derivación ni válvulas de aislamiento, 
ya que todos los elementos activos pueden reemplazarse sin contacto alguno con el líquido. Para 
tuberías de diámetros superiores a 400 mm ofrecen una solución competitiva.
Respecto a la precisión, los medidores de tipo magnético pueden llegar hasta un ± 0,25% del 
caudal real, mientras que los de tipo de ultrasonidos hasta un ± 0,5 %.
Su fácil instalación reduce los costes de mantenimiento, y además la medición, sin apenas 
pérdida de carga, reduce los costes energéticos.
Hidrantes
En su forma más sencilla, los hidrantes son una combinación de dos elementos en un mismo 
cuerpo, es decir, una válvula hidráulica y un contador de agua, como se muestra de forma 
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esquemática en la figura 25.
La válvula hidráulica tiene la actuación de apertura y cierre por membrana, lo que reduce 
el número de piezas que, habitualmente, se utilizan para esas funciones, simplificando con ello 
también el diseño global de la válvula. La actuación de apertura y cierre de la válvula se realiza 
mediante la propia presión del agua de la tubería.
Fig. 25. Hidrante en su forma más sencilla.
El contador se basa en una hélice colocada en las líneas del flujo de agua, haciéndola girar 
al paso de la misma por la válvula, transmitiendo la rotación a los engranajes de un cabezal de 
registro mediante una transmisión magnética.
El cabezal dispone de dígitos para totalizar el volumen de agua que circula por la válvula. 
Gracias a la transmisión magnética, el cabezal y los engranajes funcionan sin mojarse, siendo la 
hélice y su eje las únicas partes móviles en contacto con el agua.
Al hidrante se le puede incorporar una válvula de solenoide para abrirlo y cerrarlo a distancia 
mediante una señal eléctrica.
Más completos que los anteriores, en cuanto a componentes se refiere, existen otro tipo de 
hidrantes, muy utilizados para el suministro de agua de riego simultáneamente a diversas parcelas 
de terreno, y que se muestran en la figura 26. Los elementos de que están integrados ejercen 
las siguientes funciones:
a) válvula de control, que se encuentra dentro de un alojamiento y donde sus partes internas 
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se mueven haciendo variar el caudal gradualmente al abrir o cerrar, y protegiendo la red de 
posibles golpes de ariete.
Fig. 26. Hidrantes con diferentes salidas.
b) contador, que se encuentra en derivación en conexión con una tobera, la cual se encuentra 
dentro de la tubería de salida. El totalizador ofrece una lectura directa, estando protegido contra 
la manipulación.
c) regulador/estabilizador de la presión, cuya misión es regular y estabilizar la presión aguas 
abajo, una vez que el flujo está abierto.
d) controlador del caudal, que está formado por un diafragma de goma calibrado. Cuando el 
caudal aumenta, el diafragma se deforma, alterando la apertura del caudal. Una serie de retenes 
permite usar el controlador hasta presiones de 12 bar.
REGLAMENTACIÓN EXISTENTE SOBRE CONTADORES DE AGUA FRÍA
Entre las normas comunitarias reguladoras de instrumentos de medida y métodos de control 
metrológico, se encuentra la Directiva 75/33/CEE, de 17 de diciembre de 1974, relativa a la 
aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre contadores de agua fría.
En el B.O.E. de 6 de marzo de 1989, se publicó la Orden de 28 de diciembre de 1988 por la 
que se regulan los contadores de agua fría, y que no tenía otro objeto que incorporar al derecho 
interno español la Directiva mencionada.
No obstante, esta disposición contempla solamente los contadores de agua fría que utilizan 
un procedimiento mecánico directo, en el que intervienen cámaras volumétricas de paredes 
móviles o la acción de la velocidad del agua sobre la rotación de un órgano móvil (turbina, 
hélice, etc.).
Por consiguiente, si se tiene en cuenta que la mayoría de los tipos de medidores destinados 
a la medida de consumos de agua, tanto de la extraída de un acuífero, como de la distribuida 
a los cultivos, etc., no están acogidos en la citada Orden, sería aconsejable la elaboración de la 
correspondiente legislación que recogiera a todos aquellos medidores que no están contemplados 
en la Orden de 28 de diciembre de 1988, ya que en el caso de que se destinen a facturar un 
consumo o a controlar las extracciones de los acuíferos, no estarían oficialmente respaldados 
a efectos de su legalización.
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Parte 1: diafragmas, toberas y tubos de Venturi intercalados en conducciones en carga de sección 
circular (ISO 5167 - 1 : 1991).
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